【钢铁精品文档】钢铁冶金

钢铁冶金生产基本过程：（高炉的还原过程）（氧化过程）铁矿石→炼铁→炼钢→铸锭（连铸）→轧制→钢材铸造生铁铸造新流程：直接氧化→电弧炉炼钢→连铸连轧氧化还原反应的热力学•基础：△G。－T图•内容：交点的意义：•1）C还原各元素温度：由低到高FeMnSiAl（Al：2000℃）所以在高炉中Mn，Si能部分还原；而Al不能被还原。•2）C＋FeO－Fe＋CO的反应是在高温进行的•3）下面的元素能还原上面的元素（炼钢）还原FeO的能力：由低到高Mn，Si，Al高炉炼铁原料－铁矿石(氧化物)；熔剂(CaCO3)、燃料(焦炭)铁矿石含铁量：30－70％，其它是脉石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO）杂质：有害－S（FeS），P(Ca3(PO4)2)，Zn,Pb有利－Mn，Ni，Cr，V任务：1）FeO的还原2）还原脉石或把脉石与铁水分离溶剂：分离脉石：与SiO2；Al2O3形成低熔点的渣燃料：焦碳和煤粉可以把炼铁归结为：矿石的还原，除脉石，造渣，或简单称为造渣过程高炉生产：进入高炉有铁矿石、熔剂、焦炭等原料，热空气经环风管吹入高炉；焦炭即作为燃料又是还原剂，有一部分与铁化合；石灰石与脉石反应生成炉渣，并与矿石中的硫反应，将其带入渣内。高炉的冶炼理化过程：1）燃烧过程:C＋O2——CO2↑(1)CO2在上升过程中：CO2＋C——CO↑(2)2）溶剂分解:CaCO3——CaO＋CO2↑(3)3）铁的还原:FeO＋CO——CO2＋Fe(间接还原)(4)FeO＋C——Fe＋CO（直接还原）4）增碳：铁水在与焦碳的接触中会增碳－扩散过程，使铁水被C所饱和。5）其他元素的还原:Mn，Si部分被还原，被还原后进入铁水中Al不被还原，只能和熔剂形成渣6）去S:FeS＋CaO——CaS＋FeO7）P：Ca3(PO4)2＋C－CaO＋P＋CO所以在铁水中：C饱和，溶有部分的Mn，Si，S以及全部的P。出渣口炼钢(脱碳，脱氧)任务：炼钢的基本任务就是将生铁的碳、硅、锰氧化，炼到规格范围内，将有害元素硫、磷含量降到规格范围内。1）脱C和去Mn，Si，P，S方法：吹氧直接氧化：C，Mn，Si，(Fe)＋O2→氧化物（那个先被氧化）同时间接氧化：FeO＋C，Mn，Si→Fe＋COP：FeP+FeO+CaO→(CaO)4-P2O5+FeS：FeS＋CaO——CaS＋FeOFeO＋O2→FeOC＋O2→2CO→温度低温Fe被氧化，所以脱氧需要高温2）脱氧：氧化过程出现的FeO方法：－沉淀脱氧：直接将锰、硅、铝等脱氧剂加入到钢液中。生成的MnO，SiO2能成渣上浮，但Al2O3不易上浮。从动力学当然是Al更彻底，所以一般采用Mn初脱氧，Si次之，Al终脱氧的制度。－扩散脱氧：将Mn、Si、Al、C粉脱氧剂加在到钢液液面上，在渣中FeO被还原，还原的Fe进入铁水中，生成的氧化物留在渣中；由于FeO（渣）和【FeO】（铁水）有一个平衡关系，所以铁水的【FeO】向渣扩散。沉淀脱氧：快速扩散脱氧；干净，但时间长。两者结合:－用Mn铁进行沉淀予以脱氧。－用碳粉、硅铁进行扩散脱氧。－用Al进行终沉淀脱氧。扩散脱氧Mn、Si、Al、CFeO脱碳加入废钢，石灰石。注入铁水吹入氧气转炉炼钢C+FeO=Fe+COCO出现时会有火焰Mn,Si+O2＝MeO等产生飞溅连续铸造各自特点：温度场和组织结构的区别连续浇注最早由亨利·贝塞麦提出，并于1846年开始试验，但是直到1937年才实现了铜合金的连铸，1937年实现铝合金的连铸，1950年制出钢液的连铸机。连铸技术在钢铁生产中的应用是钢铁冶金工业的一次技术革命，它不仅大大提高了生产率，减少了材料消耗，并且提高了材料的质量。此后还出现了连铸连轧O.C.C技术。1.铸锭凝固－三晶带，浪费2.一般连续铸造3.钢锭的液芯轧制4.板材连铸连轧技术冷却器连续铸造图9-6旋转式连铸机1-天车运送钢包，2-钢包，3-旋转塞棒，4-浇注管，5-结晶器，6-1区，7-导辊1，8-2区，9-导辊2，10-3区，11-机架框，12-拉坯机，13-回转台，14-中间包，15、16-旋转和拉坯电机，17、18-剪切装置和飞锯，19-滑动千斤顶，20-翻倒机，21-输出场地，22-小车图9-42德国EduardHuckGmbH公司的铝垂直连铸机日本ShowaDenko生产；该连铸机每次可以铸造72根坯料，坯料长度为7.2英尺；每班两台连铸机生产，日产坯料180吨，年产坯料4万吨；采用热顶技术连铸。1-钢水包，2-中间包，3-结晶器，4-二冷区，5-拉坯装置，6-同步切割机，7-冷床水平连铸机结构示意图图9-4弧形连铸机结构示意图1-钢包，2-回转台，3-中间包，4-振动装置，5-弧形半径，6-扇形段，7-拉矫机，8-浇注平台，9-水平夹辊区，10-引锭杆存放装置，11-切割机，12-出坯辊道图9-67黑兹利特连铸机结晶器剖面示意图1-高速冷却水嘴，2-钢带支撑辊，3-回水挡板，4-集水器液态连铸(a)上注式，(b)下注式，(c)倾斜式，(d)水平式1-流槽，2-浮漂，3-前箱，4-供料嘴双辊式连铸以上连铸的特点都是有结经器，起冷却的作用O.O.C连铸：1。改变连铸中冷却结晶器的方法，反而加热结晶器。2.靠金属液的表面张力将缝隙中的金属液锁住。3.从而改变了温度场，成为单向凝固，有利获得单晶。图3-14OCC连续定向凝固工艺原理(a)下引法，(b)虹吸下引法，(c)上引法，(d)水平牵引法6535710080938954926195361012410891114591233512764151630200040006000800010000120001400016000199019921994199619982000十年左右的时间实现了钢产量翻番0.650.750.850.951.05199019911992199319941995199619971998199920001990-2000年中国钢厂可比能耗的变化进程图31980～2000年间钢铁工业CO2排放总量（75家企业）的变化大中型钢铁企业CO2排放总量的增长势头在“九五”期间得到遏止，2000年出现下降趋势145101459014610151301632016830180801864019350198902125022660252402765028800296903081032220325603256031340050001000015000200002500030000350004000019801982198419861988199019921994199619982000CO2排放总量,万t年均增长率3..9%4)钢铁企业集中度提高2000年产钢100万吨以上的钢厂达到36个。这36个钢厂的产钢量占全国钢产量的82.46%。2001年达到47个。年份产量超过100万吨的钢厂的个数1616171920202427333336051015202530354019901991199219931994199519961997199819992000图51990-2000年年产100万吨以上钢厂个数的变化中国钢铁工业的能耗与国际先进水平的620683602663781500600700800归一化的可比能耗kgce/t日本法国德国英国中国差距*除中国的数据是2001年的外，其它均是1994年的数据。050100150200250独联体澳大利亚巴西加拿大印度南非美国中国瑞典钢产量/t金属铁储量/亿吨钢产量/百万吨主要国家的铁矿石储量与钢产量(1)提高资源和能源使用效率冶金资源的缺乏52年155年81年40~60年156年世界可开采年限基本进口富矿进口镍矿2010年进口135.5万吨富矿进口铬矿2010年进口845万吨富矿进口锰矿(40+20)年焦煤2001年进口≥9000万吨(30+20)年铁矿备注国内尚可开采年限051015202530404550556065707580859095100循环率，%资源效率，m3/m3武进合肥涟源湘潭梅山无锡重钢徐州沙钢上三武钢马鞍山湘潭梅山新余攀钢杭钢鄂城宝钢淮阴部分钢铁企业的水资源效率和水循环率结论（1）21世纪的钢铁工业仍是基础产业，决非“夕阳工业”。从增强国力和扩大就业出发，我国钢铁工业应该继续发展。（2）钢铁工业必须实现功能的转变。从单纯提供钢铁产品功能向充分发挥生产流程的能源转换功能转变；从废弃物排放大户向废弃物排放最小化和兼备处理社会部分废弃物功能转变。6.结论（3）我国钢铁工业的绿色化必须从抓好我国钢铁工业的结构调整入手，并从三个层次上实施绿色化重点技术以保证实现上述功能的转变，积极推动我国钢铁工业的清洁生产和绿色化进程。（4）钢铁工业绿色化是个相当长的过程，必须根据实际情况制定和不断完善相应的法律、法规和产业技术政策等，以约束和指导钢铁工业不断改善环境状况并逐步向绿色化迈进。6.结论（5）须将ISO14001认证和环境评价、发布年度环境报告纳入钢铁企业的评价体系。（6）增强钢铁工业从业人员的环保意识和责任感，加强有关专业培训和普及环保知识是十分重要的。（7）钢铁工业必须发展而且要实现绿色化，就必须解决大量的科学、技术与工程问题，因此，应该加强钢铁工业绿色化技术开发和基础性研究。20年来典型的钢铁生产工艺流程的变化（a）以往的工艺流程；（b）现代工艺流程